Modelo matemático para previsão de propriedades mecânicas de barras redondas de aço ao carbono laminadas a quente

Abstract

RESUMO: Os parâmetros de processo e a composição química influenciam significativamente a cinética de recristalização dos aços durante e após a deformação na laminação a quente. Consequentemente, o tamanho de grão austenítico varia em função dos mecanismos de amaciamento que ocorrem no passe ou entre passes. O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo matemático capaz de prever a evolução microestrutural da austenita, a transformação de fase da austenita em ferrita e perlita após o resfriamento e as propriedades mecânicas de uma barra redonda laminada a quente de aço ao carbono, considerando as equações consagradas na literatura e dados industriais de processo. Como dados de entrada do modelo matemático, foram utilizados os parâmetros de processo da laminação, tais como temperatura, deformação, taxa de deformação e tempo entre passes, e a composição química das corridas produzidas na aciaria do aço SAE 1020. Os resultados calculados pelo modelo apresentaram boa concordância com os resultados medidos nas amostras, com diferença percentual de 3,34% para limite de escoamento e 2,14% para limite de resistência. O modelo também se mostrou adequado para previsão do tamanho de grão austenítico ao longo da laminação e do tamanho de grão ferrítico após a transformação de fase, comparando-se os resultados calculados com os resultados medidos nas amostras retiradas na linha de laminação. A utilização deste modelo pode levar à redução de custos com ensaios de tração e atender à demanda crescente dos clientes pelas propriedades mecânicas nos certificados de qualidade.

ABSTRACT: Process parameters and chemical composition have a great influence on the recrystallization kinetics during hot rolling. As a consequence, austenitic grain refinement is strongly dependent on the softening mechanism that occurs during deformation or during the interpass time. The objective of this study is to develop a mathematical model capable of predicting austenite grain size evolution, phase transformation and the mechanical properties of a hot-rolled carbon steel round bar, considering equations published in literature and industrial data. Process parameters, such as temperature, strain, strain rate and interpass time, as well as chemical composition of SAE 1020 steel were the inputs of the model. The results predicted from the model showed good agreement with the industrial trials. The mean error was 3.34% for yield strength and 2.14% for tensile strength. The model also showed to be suitable for predicting grain size evolution and ferritic grain size, as compared to actual grain size measurements in the specimens. The use of this model can lead to considerable reductions of tensile tests which evaluate customer’s demand for the mechanical properties on quality certificates.